Виды и особенности стропильных конструкций

Решетчатые конструкции

Все решетчатые
конструкции разделяют на:

1. 1. плоские (строительные
      фермы, стойки, арматурные сетки).

   2. пространственные
      (колонки, мачты, каркасы).

Изготавливаются
из металла толщиной до 10 мм; суммарная
толщина редко превышает 40 – 60 мм.

Длина швов обычно
не более 200 – 400 мм; швы различным образом
ориентированы в пространстве. Поэтому
сварка таких конструкций выполняется
полуавтоматом (шланговые) в защитном
газе, порошковой или самозащитной
проволокой или РДС штучными элементами.
Применение автоматической сварки
неэкономично, так как здесь короткие,
криволинейные и труднодоступные швы.

Такие швы свойственны
всем решетчатым конструкциям, например
фермам (рис.
1).

Собирают и сваривают
фермы по разметке, по контуру и в
кондукторах.

Узлы фермы сваривают
последовательно от середины к опорам,
так напряжения металла в узлах фермы
будут минимальными (рис.
2).

Рис. 1 Узлы
стропильных ферм

1 — пояс; 2 —
раскос;

3 — стойка; 4 —
косынка

1 — копир;

2 — полуферма

Рис.
2

При наличии швов
различного сечения вначале накладывают
швы с большим сечением, а затем – с
меньшим.

В решетчатых
конструкциях каждый элемент прихватывается
с двух сторон швами длиной не менее 30 –
40 мм с катетом шва не менее 5 мм в местах
расположения сварных швов. Сборочные
прихватки выполняются сварными
материалами тех же марок, какие
используются при сварке конструкции.

Сварку ведут в
нижнем положении от края косынки к
центру пересечений осей элементов
фермы.

Стержни решетки,
например из уголков, собирают с другими
элементами обваркой по контуру, иногда
фланговыми или лобовыми швами (рис.
3).

Фланговый (боковой)

Лобовой

Не рекомендуется
применять прерывистые швы, и швы с
катетом менее 3 мм и длиной 60 мм.

Концы фланговых
швов выводят на торцы привариваемого
элемента на длину 20 мм (рис.
4), что
гарантирует прочность соединений.

В первую очередь
выполняют стыковые швы, а затем – угловые
(рис. 5).

Близко расположенные
друг к другу швы нельзя выполнять сразу;
надо охладить тот участок основного
металла, на котором будет выполняться
второй, близко расположенный шов (рис.
4). Это
необходимо для того, чтобы уменьшать
перегрев металла и величину зоны
пластических деформаций от сварки; в
результате этого работоспособность
сварного узла возрастет.

Рис. 4 Порядок выполнения флангового
Рис. 5 Последовательность

(продольного) шва: 1 – 4 очередность
сварки выполнения швов: 1 –
стыковые, 2 – угловые

Устройство стропильной системы двухскатной крыши своими руками

Перед тем, как начинать устройство стропильной системы двухскатной крыши своими руками необходимо определиться с ее типом и рассчитать потребность в материалах. Висячую систему устраивают в тех случаях, когда в конструкции здания не предусмотрена внутренняя несущая стена, или если необходимо просторное чердачное пространство, например для строительства мансарды. Количество пиломатериала рассчитывают, исходя из площади перекрытия и высоты крыши.

Монтаж стропильной системы своими руками

Порядок проведения работ при сооружении стропильной конструкции может быть следующий:

• установка и крепление мауэрлата на наружные стены. Он укладывается с той стороны, куда планируется делать наклон крыши. Предпочтительно, чтобы эти стены были параллельны внутренней несущей стене здания. Под брус необходимо положить слой гидроизоляции любого типа;
• укладка лежня производится аналогично сооружению мауэрлата;

Устройство стропил для сруба

• на лежень вертикально устанавливаются стойки. Закрепить их можно в паз или металлическими уголками. От высоты стоек напрямую зависит угол, под которым наклонена кровля, поэтому если требуется сделать крышу с заданным углом, то вычислить высоту стоек можно с использованием простейших тригонометрических формул. К примеру, для угла в 45 градусов, необходимо, чтобы высота стоек была равна расстоянию между мауэрлатом и лежнем. Расстояние между стойками должно соответствовать желаемому расстоянию между стропилами двускатной крыши;
• все стойки соединяются между собой коньком, который должен лечь строго горизонтально.

На этом устройство основных несущих элементов можно считать законченным. Следующим этапом в устройстве стропильной системы двухскатной крыши своими руками является установка стропил.

Стропильная система для двухскатной крыши

Установка стропил двухскатной крыши своими руками

Как уже было сказано ранее, стропильные ноги можно скреплять между собой внизу на земле. Для этого изготавливается шаблон из небольших брусков с заданным углом и длиной. Затем по нему делается необходимое количество стропильных ног. Если система висячая, то они еще соединяются затяжками. После этого производится установка стропил двухскатной крыши своими руками на место и закрепление их на коньке.

В случае устройства стропильных ног «по месту», они просто укладываются на конек в местах, где находятся стойки и соединяются между собой в верхней своей части. В нижней части они крепятся к мауэрлату. После этого стропилам можно придать жесткость с помощью подкосов. Выполняя установку стропил двухскатной крыши своими руками, необходимо учитывать, что на эти конструктивные элементы приходится самая большая нагрузка.

Схема строения стропил для двухскатной крыши

Крепление стропил к мауэрлату

Обеспечить надежность всей конструкции можно, только если все соединения и крепления выполнены грамотно и качественно. Одним из самых ответственных мест во всей конструкции является точка, где стропильная нога контактирует с мауэрлатом. В этом месте равнодействующая всех сил, действующих на кровлю, направлена в направлении стропильной ноги, «смотрящей» под углом вниз. Поэтому стропила со временем могут разъехаться. Задача стоит такая, чтобы эту равнодействующую направить перпендикулярно стен, то есть в направлении действия силы тяжести.

Сделать это можно двумя способами:

Упереть стропильную ногу под углом в мауэрлат и прибить гвоздями. В этом случае нужно будет делать кобылки, так как свес не образуется.
Сделать прямоугольный вырез в стропильной ноге, которым она будет упираться в мауэрлат. Такая конструкция более надежная.

Удлинение стропильных ног с помощью кобылок

Крепление стропил к мауэрлату любым из этих способов позволит избежать деформации стропильной конструкции.

Устройство обрешетки и мелких элементов

Когда вся основная конструкция уже установлена и нет сомнений в ее надежности, можно приступить к монтажу остальных элементов. Вначале можно закрыть фронтоны досками. Это позволит обрезать пиломатериал «по месту» более ровно. Если требуется монтаж кобылок для устройства свеса, то производятся и эти работы. К кобылкам крепят карнизную доску и подшивают карниз.

Обрешетку делают из досок с необходимым шагом или сплошную. Начиная с нижней, прибивают доски на нужном расстоянии друг от друга. Первая доска должна быть прибита строго параллельно карнизу.

Стропильная система двускатной крыши — вид изнутри

Монтаж стропил двускатной крыши дело ответственное, так как от этого зависит прочность и долговечность всей сооруженной конструкции. Выполнить эту работу нужно качественно.

Элементы двухскатных крыш

Конструкция двухскатной крыши включает такие элементы:

• стропила. Они состоят из стропильных ног, наклонных подкосов и вертикально расположенных стоек;
• стропильная нога. Для ее изготовления нужны доски, имеющие сечение 100х150 или 50х150 миллиметров. При помощи стропильных ног формируется треугольный контур двухскатной кровли. Нагрузки, возникающие в результате погодных условий и веса кровельного покрытия, стропильные ноги передают на мауэрлат, а тот — на несущие стены строения. Когда выполняется устройство двухскатной крыши дома, шаг монтажа стропильных ног должен составлять минимум 60 сантиметров, а максимум – 120 сантиметров. Чем тяжелее покрытие кровли, тем чаще следует их устанавливать;
• подкосы. Такой элемент из обрезка доски монтируют под определенным углом и тем самым передают нагрузку несущим элементам вниз от стропильных ног. Стропила, несколько подкосов и затяжка все вместе являются составными деталями стропильной фермы, которая выдерживает нагрузки и передает их при наличии широких пролетов на стены;
• стойки. Являются вертикальными элементами стропил, передающими нагрузку от кровельного конька на несущие внутренние стены построек. Их изготавливают из бруса сечением 150х150 или 100х100 миллиметров;
• мауэрлат. Так называют деревянный брус, который устанавливают и закрепляют на несущих стенах на стержни с резьбой или на анкера, вмонтированные в поверхность. Устройство мауэрлата необходимо для передачи нагрузок от стропильных ног на несущие стены. В качестве материала изготовления пользуются брусом, сделанным из хвойных пиломатериалов и имеющим квадратное сечение размером 150х150 или 100х100 миллиметров. Балки мауэрлата, находящиеся на противоположных стенах должны располагаться параллельно, чтобы размеры стропильных ног имели одинаковую длину;
• конек. Данный горизонтально расположенный элемент необходим для соединения скатов в их верхней части. Он образуется путем соединения стропильных ног в верхней точке, когда выполняется устройство двухскатной крыши;
• кобылки. Их задействуют, если для создания свеса на кровле не достаточно длины  стропильных ног. Кобылки кровлипредставляют собой часть доски, имеющей меньшее сечение, чем у досок, которыми пользовались при изготовлении стропильных ног. Монтаж двухскатной крыши можно значительно облегчить, если использовать этот элемент, поскольку тогда для стропильной конструкции делают ноги меньшей длины;
• лежень. Представляет собой горизонтально закрепленный брус сечением 150х150 или 100х100 миллиметров. Он находится на внутренней несущей стене и в его функции входит распределение нагрузок от стоек кровли после устройства крыши дома;
• затяжка. Это один из элементов висячей стропильной конструкции, который со стропильными ногами образует геометрическую фигуру – треугольник – и таким образом помогает им оставаться на месте, а не разъезжаться в стороны;
• свес крыши. Необходим для защиты стен от намокания в результате дождевых осадков, его наружный край должен выступать не менее чем на 40 сантиметров;
• обрешетка. Устройство двухскатной крыши предполагает монтаж кровельного материала, для его укладки нужно сделать обрешетку. Для этого бруски или рейки крепят к стропильным ногам перпендикулярно их направлению. Благодаря наличию обрешетки нагрузка от природных явлений и собственного веса кровли равномерно распределяется на стропильные ноги. Также обрешетка, которая может быть сплошной или разреженной, скрепляет ноги стропил в единую конструкцию двускатной крыши. Для мягкой кровли, например, из битумной черепицы, данный элемент делают из листов влагостойкой фанеры.  

Как крепится стропильная система?

Теперь же скажем пару слов о фиксации данных систем. Ноги висячих стропил крепятся к мауэрлату посредством врубок, кроме того, необходимо обеспечить и дополнительную фиксацию, для этого используют кронштейны либо специальные скобы. Наслонная конструкция может крепиться несколькими способами – распорным или же безраспорным. Так, в первом случае в нижней части стропильных ног устанавливаются «ползуны», а верхние соединяются между собой. А вот если же низ ног будет жестко крепиться к мауэрлату с помощью врубок, то получится безраспорная стропильная система.

Верхние части диагональных стропил фиксируются гвоздями к консоли, шпренгельную конструкцию либо же прибоину. В некоторых случаях, чтобы обеспечить большую надежность конструкции, используют дополнительно проволочные скрутки или металлические хомуты. Стыковка угловых и диагональных ног происходит с помощью запила и крепления их гвоздями. Стропильная система вальмовой крыши, фото которой также не скрыто от обывателя во всемирной паутине, является достаточно сложной конструкцией, так что лучше все-таки доверить ее возведение мастерам, знающим свое дело.

12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий

Так
как в двухпоясных системах в одной
вертикальной плоскости с несущими
тросами расположены стабилизирующие
тросы (рис.12.1.ж,м) или балка жесткости
(рис.12.1.в), то эти системы оказываются
малодеформативными и позволяют
использовать в покрытиях легкие
ограждающие конструкции. Основными
элементами поясных систем являются
тросовые фермы.

Непременное
условие работоспособности двухпоясных
систем – предварительное напряжение
стабилизирующих тросов, которое должно
обеспечивать их работу на сжатие при
любых сочетаниях нагрузок.

В
покрытии Дворца спорта «Юбилейный»
в Санкт-Петербурге применена двухпоясная
выпукло — вогнутая система. Несущие
канаты крепятся к контуру выше
стабилизирующих. Такое решение позволило
уменьшить длину сжатых стоек, а также
довести строительную высоту покрытия
в центре здания до 5,5 м (рис.12.8).

Примером
двухпоясной системы с раскосной фермой
может служить перекрытие прямоугольного
бассейна в Италии (рис.12.9). Несущие нити
состоят из 2-х тросов диаметром 48 мм,
а напрягающие нити из одного троса. Для
раскосной решетки приняты трубы диаметром
48,3 мм и нити из тросов диаметром 14 мм.

Проекты и чертежи

В процессе планирования двускатной крыши готовится чертеж. Это схема будущей конструкции, где есть скаты, фронтон, конек. По сути, план представляет собой рисунок с проработанными элементами в разных проекциях, отображающий способы завязывания стропил. Составление чертежа двускатной крыши выполняется с учетом всех этапов работ.

Схема ее возведения включает:

• брусья для обрешетки;
• балки и стропилы;
• схема укладки тепло- и гидроизоляции;
• схема размещения кровельного покрытия;
• схема установки дополнительных креплений;
• чертеж установки системы вентиляции, дымохода.

Грамотно составленный план кровельного перекрытия позволит сократить статью расхода на приобретение строительных материалов. Для создания проекта любого типа используется тот или иной вид материалов, исходя из расчетов и с учетом надежности покрытия. Учитывается также размер кровельного покрытия. При чертеже обязательно прописывается часть стропильной системы, что позволяет понять, насколько максимальной может быть нагрузка на крышу.

В план также входит:

• план ливневки (ливневая канализация определенной длины);
• элементы соединения скатов;
• площадь конструкции;
• схема мест примыкания кровли (прижимной профиль).

Конструкция, разновидности

Устройство стропильной системы достаточно сложно.

Основные элементы конструкции стропильной системыИсточник build-effect.ru

Рассмотрим узлы системы внимательнее:

• Мауэрлат. Это горизонтальный брус, уложенный на верхнюю кромку стен по всему периметру дома. Принимает на себя нагрузку от стропил, распределяет и передаёт её стенам и фундаменту.
• Лежень. Горизонтальный брус, уложенный по продольной оси крыши. Иногда укладывают два лежня, если этого требует ширина крыши.
• Стойки. Вертикальные брусья, расположенные на торцах лежня. Высота стоек определяет угол наклона скатов.
• Коньковый прогон. Горизонтальная доска, установленная на ребро и прикреплённая к верхним концам стоек. На неё опираются стропильные ноги.
• Стропильные ноги. Наклонные доски, установленные на ребро. В нижней части они опираются на мауэрлат, в верхней крепятся к коньковому прогону, или просто соединяются попарно.
• Прогон. Горизонтальный брус, закреплённый на концах стоек. Используется на крышах с двумя лежнями, разделяя всю конструкцию на два яруса.
• Ригель. Горизонтальные планки, уложенные перпендикулярно прогонам и соединяющие стропильные ноги.

Ряд ригелей, установленных на стропильных ногахИсточник remontnik.ru

• Подкосы. Это наклонные планки, скрепляющие элементы конструкции и обеспечивающие их неподвижность.
• Обрешётка. Это несколько рядов горизонтальных планок, связывающих стропильные ноги между собой и служащих непосредственной опорой для кровли. Может представлять собой сплошной настил из досок. Иногда поверх редкой обрешётки укладывают промежуточный слой листовых материалов (ОСБ, ДСП или фанеру), обеспечивающих герметичность подкровельного пространства.

Кроме этого, важным элементом системы является карнизный свес. Это продолжение нижней части стропильных ног, выходящее за пределы мауэрлата и нависающие над плоскостью стен. Благодаря свесу, дождевая или талая вода стекает по водостокам на землю, не попадая на стены или фундамент. Это позволяет сохранить несущие конструкции и увеличивает срок службы постройки. При этом, сами стропила опираются на мауэрлат и там же заканчиваются. Продолжением являются отдельные элементы – кобылки, которые прикрепляются встык к стропилам и не испытывают нагрузок, приходящихся на основную часть системы.

Установленные кобылкиИсточник ytimg.com

Перечислены основные элементы стропильной системы, но порядок их соединения и размещения может быть разным. В зависимости от способа сборки возникают разные виды стропильных систем:

• Наслонные. Стропила опираются снизу на мауэрлат, а сверху крепятся к коньковому прогону.
• Висячие. Снизу стропила установлены на мауэрлат. А сверху соединены с противоположными ногами с другого ската. Как правило, такова конструкция кровли скатных крыш небольших одноэтажных домов каркасного типа, или построек из лёгкого пенобетона.
• Шпренгельные системы. Они состоят из цепочки отдельных ферм, собранных на земле и в готовом виде установленных на крыше. Такой метод позволяет уменьшить опасность от работ на высоте, обеспечивает лучшее качество и точность сборки.

Выбор той или иной конструкции не является капризом владельца дома. Тип крыши закладывается в проекте строительства по результатам расчётов, учёта возможных нагрузок и климатических условий региона.

Наслонные стропилаИсточник стд-спб.рф

Как выбрать: что учесть?

Стропильная система должна быть выбрана максимально правильно и четко.

При поиске подходящего решения нужно обращать внимание на следующие моменты:

• прочность;
• возможность подпереть скаты и кровлю в целом определенного размера и геометрии;
• создание позитивного эстетического образа здания в целом.

Технические параметры имеют приоритетное значение. Даже самые красивые конструкции, соответствующие принципам дизайна, не проявят своих позитивных качеств, если они прослужат слишком мало. Опытные строители всегда анализируют среднегодовые и сезонные температуры, финансовые возможности застройщиков, предельно возможный темп ветра и тяжесть вышележащей кровли

Во внимание также принимают будущее использование подкровельного пространства, необходимый для него масштаб. Недооценивать ветер, снег и дождь нельзя, поскольку эти факторы могут оказать очень сильное воздействие на кровлю, а через нее и на стропила

Избежать ошибок можно, если посмотреть на уже построенные поблизости и длительное время эксплуатируемые дома. Точно воспроизведя конструкцию их кровли и взаимосвязанную с нею стропильную систему, можно наилучшим образом учесть местную специфику. Но не все идут по этому пути, иной раз ставится задача выработать исключительно оригинальный проект. Тогда придется тщательно собирать исходные данные, проводить скрупулезные расчеты. При отсутствии специальных знаний на помощь лучше привлечь квалифицированных исполнителей.

Проанализировав совокупную нагрузку, создаваемую ветром и снегом, можно обнаружить иногда, что те или иные части стропильного комплекса нуждаются в выборочном усилении

При оценке необходимого угла наклона кровли обращают внимание также и на вид используемого покрытия. Тяжелая металлочерепица или профнастил при очень большом уклоне может самопроизвольно сползать вниз, приходится дополнительно их крепить, усложняя себе работу и удорожая монтаж

Кроме того, отдельные материалы имеют склонность задерживать воду или пропитываться ей, бороться с этим можно только делая склон круче. Создание хорошей кровли и стропильной системы, удовлетворяющей столь противоречивым требованиям, не всегда доступно для неспециалистов.

Стропильная системы для деревянного дома

Стропила – это первый шаг при формировании рельефа скатной крыши. Среди всех типов при возведении деревянных крыш используют один из трех вариантов:

• Деревянные фермы;
• Висячие стропила;
• Наслонные стропила.

Деревянные фермы – очень редко встречающее в индивидуальном строительстве решение. Подобные конструкции рационально использовать для реконструкции зданий старой постройки, а также при возведении промышленных сооружений. Основной характеристикой деревянных ферм является их особенность перекрывать большие пролеты протяженностью до 20 метров и использование неизменных деревянных конструкций.

Висячие стропила – это деревянные конструкции крыши, когда в доме нет центральной несущей стены. Применяются в основном для зданий, ширина которых менее 8 метров. Кроме того, висячие стропила используют при сложных архитектурных решениях, например, при возведении крыши дома в китайском стиле.

Наслонные стропила – самая распространенная схема для возведения деревянной скатной крыши. Свое название получили благодаря конструкционной особенности, когда нижний конец стропильной ноги расположен на мауэрлате, а верхний опирается на стойку. Используемый шаг может варьироваться от 60 до 200 см. В качестве материала используют брус или составные доски. Идеальное решение для домов шириной от 7 метров, конструкция которых подразумевает наличие хотя бы одной несущей стены.

Расчет конструкции

Расчет кровли начинается с выбора строительного материала для перекрытия

Почему это важно? Дело в том, что разный кровельный материал имеет разный угол наклона, на который производитель допускает его монтаж. Поэтому прежде всего, вам следует определить, каким именно материалом вы будете перекрывать крышу

Соответственно, отталкиваясь от этого, и будет планироваться стропильная система.

Плюс ко всему, важно учитывать и количество осадков, которые выпадают в вашей местности на протяжении одного года. Если в вашем регионе наблюдаются сильные ветра, то угол наклоны крыши должен быть пологим и иметь уклон до 20°

Итак, это одни из основных факторов, которые необходимо учитывать при расчете формы кровли.

Определившись с этими важными характеристиками, вы сможете определить какой расход материала вам необходим для изготовления стропильной системы. Более того, это поможет вам выбрать тот или иной вид стропильной конструкции.